[发明专利]一种基于多物理耦合场的变压器绕组瞬态形变量计算方法

权利要求书

1.一种基于多物理耦合场的变压器绕组瞬态形变量计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：根据变压器基本参数，计算出变压器的电气参数，电气参数包括电阻和电感；

步骤S2：利用Simulink模块搭建双电源供电的电力系统模型，进行变压器三相短路故障模拟；

步骤S3：根据变压器实际尺寸，建立有限元仿真的几何模型；

步骤S4：设置ANSYS Maxwell的计算类型,设置变压器的材料，绕组为铜，铁芯为硅钢片，设置绕组的激励为外部激励；

步骤S5：利用ANSYS Maxwell计算出变压器绕组和铁芯所受的短路电动力的大小分布；

步骤S6：利用ANSYS Workbench，传入ANSYS Maxwell的计算数据，进行耦合场的分析计算；

步骤S7：在ANSYS Workbench中导入暂态结构分析模块，求解变压器绕组的形变量的变化情况；

所述步骤S4的具体内容为：设置ANSYS Maxwell的计算类型为暂态计算，设置变压器的材料，根据实际所用的硅钢片设置B-H曲线，设置基本参数，赋予绕组属性为铜，铁芯材料属性为硅钢片，设置绕组的激励为外部激励，绕组分别为WindingA、WindingB，绕组匝数为高压496匝，低压174匝，分别分配给WindingA、WindingB，外部激励通ANSYS Maxwell耦合模块进行耦合,Simulink通过Maxwell function与Maxwell进行数据传输，实现联合仿真；

所述步骤S7的具体内容为：打开ANSYS Workbench，导入步骤S5中计算完成的ANSYSMaxwell变压器的电动力计算结果，进行耦合场的分析；更新ANSYS Maxwell的数据，在Transient structure模块，导入Solidwork中建立的几何模型；选中要加载负荷的变压器绕组和铁芯，在结果数据框查看tabular data数据框中的数据，并给予Maxwell模块计算而来的电动力体密度，施加相应的电动力载荷于绕组和铁芯；同时选择绕组轴向顶部与底部的面，并固定自由度，选择fixed约束条件，约束变压器绕顶端和底部，在铁芯和绕组上下轴向面固定的条件下，计算绕组瞬态的形变量变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于多物理耦合场的变压器绕组瞬态形变量计算方法，其特征在于：所述步骤S2的具体内容为：利用MATLAB中的Simulink模块搭建双电源供电的电力系统模型，所述双电源采用的是三相电源，幅值为110kV,频率为50Hz；短路故障类型选择Simulink中三相接地故障模块，接地电阻为0.01Ω；双电源供电系统线路模型选择设置PI型等值电路，等值电路的电容和电阻参数，根据线路距离参数设置在simulink中进行相关设置；

每相导线的电抗x₁，每相导线的电阻r₁，线路总阻抗Z＝(r₁+jx₁)l，线路总导纳Y＝(g₁+jb₁)l，根据上式计算出PI型等效电路的线路总阻抗和线路总导纳，并在Simulink中进行相关设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于多物理耦合场的变压器绕组瞬态形变量计算方法，其特征在于：所述步骤S3的具体内容为：根据变压器的实际尺寸利用Solidworks建立变压器三维几何模型，变压器的铁芯根据实际硅钢片叠加情况进行三维建模，绕组按照线饼的个数来分层搭建；SolidWorks建模完成，须保存.IGS格式，导入到ANSYS Maxwell中，进行有限元磁场的仿真。

4.根据权利要求1所述的一种基于多物理耦合场的变压器绕组瞬态形变量计算方法，其特征在于：所述步骤S5的具体内容为：对变压器的铁芯和绕组分别进行网格剖分和边界设置；设置绕组自适应的剖分，最小剖分单元为30mm,设置铁芯自适应剖分，铁芯的最小剖分边长为130mm；在步长的设置，保持Simulink与Maxwell一致，Simulink短路电流开始时间为0.1s,Simulink仿真结束时间为0.3，ANSYS Maxwell时间设置计算时间为0.3s,每步步长为0.001s，Simulink的计算时间与ANSYS Maxwell一致为0.3s；联合仿真结束后，ANSYSMaxwel计算出变压器绕组和铁芯所受的短路瞬态体电动力大小分布。